[發明專利]基于CoS2

有效

• 申請號: 201910375783.4
• 申請日: 2019-05-07
• 公開（公告）號: CN110224145B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 宰建陶;馬對;戚嶸嶸;錢雪峰;何凱;閆昶宇;田恒;陳明;郭姣姣;劉雪嬌;張寓弛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及基于CoS₂?CoS n?n半導體結的多硫/碘液流電池電極制備方法，將金屬鈷鹽、尿素和硫源加入到乙二醇和N，N?二甲基甲酰胺的混合溶劑中，室溫下攪拌，然后在高溫下進行反應，結束后冷卻至室溫，離心分離得到產物并洗滌，真空干燥，得到黑色的CoS₂、CoS₂/CoS和CoS粉末狀產物。與現有技術相比，本發明具有高結晶性，而且通過構建n?n結可以有效的促進界面電荷的轉移、提高材料的導電性、減小極化和提高材料催化性能的可逆性，從而具有高的催化性能和良好的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于新能源材料研究領域，尤其是涉及一種基于CoS₂-CoS n-n半導體結的多硫/碘液流電池電極制備方法。

背景技術

液流電池是將儲存在電解液中不同離子價態的化學能轉化為電能的裝置。通過外接泵的作用，不斷的將電解液往復循環壓入電池堆體內反應，使其在各自不同的儲罐中流動。采用質子交換膜作為電池的隔膜，含氧化還原電對的電解液平行流過電極表面并發生氧化反應反應，通過集流體收集和傳遞電子，使得化學能轉換成電能。多硫/碘液流電池是以含S^2-/S_x^2-和I^-/I₃^-氧化還原電對的溶液為電解液，使其在電極表面發生可逆氧化還原反應。正極發生的是I^-/I₃^-之間的氧化還原反應，負極發生的是S₂^2-/S₄^2-之間的氧化還原反應。

作為液流電池重要的組成部分，電極主要的作用就是催化電解質中I^-/I₃^-和 S^2-/S_x^2-氧化還原反應。目前主要集中在研究不同碳材料電極的制備和負載，包括碳紙、石墨氈、石墨氈負載金屬硫化物等，但效果都不佳。I^-/I₃^-和S^2-/S_x^2-電對的氧化還原反應速率決定了其工作電流密度。在電化學過程中，氧化還原反應在電極表面的極化導致的充放電電位差增大、電流密度減小和氧氣、氫氣析出副反應等是影響電池能量密度、功率密度和儲能效率的關鍵。因此，構筑高效電催化電極材料，增強氧化還原電對的電催化轉化效率，降低氧化還原反應的過電位和抑制副反應的發生，是提高多硫/碘液流電池性能的有效手段之一。

當半導體與半導體接觸，能夠形成半導體-半導體結。半導體-半導體結材料在催化電解水、光解水、電還原二氧化碳、鈉電等領域已有報道。因此，可預測，當半導體-半導體結復合材料作為多硫/碘液流電池材料時，不僅能夠發揮各組分本身的催化性能，同時，由于半導體之間形成的結也能夠構建有效的電荷轉移路徑，利于I₃^-離子的快速還原，更加符合多硫/碘液流電極材料的要求。構建半導體與半導體結，設計尋找熱力學穩定體系，開發出高效催化I^-/I₃^-和S^2-/S_x^2-電對的半導體結電催化材料，提高多硫/碘液流電池性能。如何實現半導體結的可控制備，首先需要解決在同一體系中可控獲得兩種物相的問題。然而如何形成緊密接觸的異相界面而不是物理混合物是需要解決的又一關鍵問題。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于 CoS₂-CoSn-n半導體結的多硫/碘液流電池電極制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：